Izoelektrónový rad
Izoelektrónové častice majú rovnaký počet elektrónov a veľmi podobné základné obsadenie orbitálov, ale líšia sa počtom protónov. Vďaka tomu možno izolovať vplyv jadrového náboja na veľkosť a energiu elektrónového obalu bez súčasnej zmeny počtu elektrónov.
Čo znamená izoelektrónový
Čistým príkladom sú O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ a Al³⁺: všetky majú 10 elektrónov, teda konfiguráciu 1s²2s²2p⁶. Nie sú však rovnakou časticou, pretože majú rôzne jadrá a celkové náboje.
Rovnaký počet elektrónov neznamená rovnaké energie orbitálov. Rastúci počet protónov mení príťažlivosť a posúva celý energetický systém.
Polomer klesá s rastom Z
V rade s konštantným počtom elektrónov zvyšuje väčšie Z jadrovú príťažlivosť bez pridania ďalších elektrónov, ktoré by novo tienili. Elektrónový oblak sa sťahuje: O²⁻ > F⁻ > Ne > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.
Toto porovnanie je presnejšie než všeobecné heslo „katión menší, anión väčší“, pretože počet elektrónov je kontrolovaný a hlavnou premennou je počet protónov.
Spočítajte elektróny
Mení sa aj viazanosť elektrónov
Vyššie Z v izoelektrónovom rade spravidla znižuje energie elektrónov vzhľadom na vákuum a viaže ich pevnejšie. Odstrániť elektrón z vysoko nabitého katiónu je preto omnoho ťažšie než z aniónu s rovnakým počtom elektrónov.
Rovnaká logika pomáha chápať malý polomer a vysokú hustotu náboja Mg²⁺ aj väčšiu polarizovateľnosť O²⁻.
Rovnaký počet elektrónov neznamená rovnakú chémiu
Ne je neutrálny vzácny plyn, Na⁺ bežný katión a O²⁻ anión stabilizovaný najmä v iónovom prostredí. Rovnaký počet elektrónov neodstraňuje rozdiely v náboji, solvatácii, mriežkovej energii a reaktivite.
Izoelektrónový rad je nástroj na kontrolované porovnanie elektrónovej štruktúry, nie tvrdenie o rovnakej chémii.
Ako rad správne zostaviť
Najprv spočítajte elektróny: neutrálny atóm má Z elektrónov, pri katióne odčítajte kladný náboj a pri anióne pripočítajte veľkosť záporného náboja. Iba častice s rovnakým výsledkom sú izoelektrónové.
Potom ich usporiadajte podľa Z. Pri rovnakej konfigurácii vedie vyššie Z k silnejšej príťažlivosti a obyčajne k menšiemu polomeru. Pri rozdielnych hlavných vrstvách treba jednoduché pravidlo znovu overiť.
Čo zostáva rovnaké a čo sa mení
V izoelektrónovom rade zostáva rovnaký počet elektrónov a základný vzor obsadených podvrstiev. Mení sa počet protónov, celkový náboj a energie orbitálov. Trend polomeru preto možno spájať najmä s rastúcou príťažlivosťou jadra.
Je to porovnanie s kontrolovanou premennou: ak sa počet elektrónov líši alebo sa objaví iná hlavná vrstva, treba znovu zahrnúť tienenie a skutočné obsadenie orbitálov.
Vyriešené príklady
1. O²⁻ / F⁻ / Na⁺ / Mg²⁺
Riešenie
Každý z týchto iónov má 10 elektrónov.
2. Najväčší polomer
Riešenie
V tomto rade je najväčší O²⁻, pretože má najnižšie Z pri rovnakom počte elektrónov.
3. Majú Ne a Na⁺ rovnakú chémiu?
Riešenie
Nie. Sú izoelektrónové, ale líšia sa nábojom a energiou.